摘要：本文針對(duì)干工況風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)的空調(diào)方式的幾個(gè)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了討論，包括干工況風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng)各種參數(shù)的確定、其節(jié)能情況和經(jīng)濟(jì)性，并提出了一種新型新風(fēng)機(jī)組，用以實(shí)現(xiàn)我國(guó)風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)從濕工況改造為干工況。

　　關(guān)鍵詞：干工況 風(fēng)機(jī)盤(pán)管 節(jié)能 新風(fēng)機(jī)組

　　引言

　　在我國(guó)傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)很多都采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)（濕工況），存在盤(pán)管表面積存濕垢、產(chǎn)生霉菌的問(wèn)題。SARS疫情以后社會(huì)有關(guān)方面對(duì)現(xiàn)有空調(diào)方式的偏見(jiàn)，使得人們?cè)俅螌?duì)風(fēng)機(jī)盤(pán)管干工況運(yùn)行的利和弊進(jìn)行思考。實(shí)際上，除了干工況風(fēng)機(jī)盤(pán)管空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)對(duì)建筑空氣品質(zhì)、隔絕污染方面所應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任有意義以外，它在運(yùn)行能耗的貢獻(xiàn)是明顯的。關(guān)鍵是針對(duì)我國(guó)現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)采用干工況運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行改造或在運(yùn)行模式上進(jìn)行必要的調(diào)整。

　　1、現(xiàn)有中央空調(diào)方式的弊病民用建筑的中央空調(diào)大部分是舒適性空調(diào)，過(guò)去我們偏重研究如何保證舒適度以及如何節(jié)能，而對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)的研究往往只停留在理論研究上，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中也缺少明確的約束。因此，對(duì)空調(diào)方式進(jìn)行審視，提出或重新認(rèn)識(shí)新的，更安全的空調(diào)方式是極為有必要的。

　　在我國(guó)傳統(tǒng)的中央空調(diào)系統(tǒng)通常采用全空氣系統(tǒng)及風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)（濕工況）。這里只討論風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)。

　　新風(fēng)機(jī)組和風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)指在空調(diào)房間內(nèi)設(shè)置風(fēng)機(jī)盤(pán)管，對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行處理，室外新風(fēng)經(jīng)集中處理的新風(fēng)機(jī)組處理后送入房間。國(guó)內(nèi)的該類(lèi)系統(tǒng)在夏季通常將新風(fēng)處理到室內(nèi)焓值，不承擔(dān)室內(nèi)負(fù)荷，由風(fēng)機(jī)盤(pán)管承擔(dān)室內(nèi)的濕負(fù)荷和顯熱負(fù)荷，因此，風(fēng)機(jī)盤(pán)管通常處于濕工況。風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng)存在以下問(wèn)題：

　　1）新風(fēng)機(jī)組通常采用冷卻盤(pán)管除濕，盤(pán)管表面長(zhǎng)期帶水，在停止運(yùn)行時(shí)（夜間及非工作日），表面溫度升高，并與空氣接觸，容易滋生細(xì)菌，污染新風(fēng)。

　　2）風(fēng)機(jī)盤(pán)管根據(jù)室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)，控制濕度的能力較弱。過(guò)渡季節(jié)中隨著顯熱負(fù)荷的減少，為保持室內(nèi)空氣溫度，風(fēng)機(jī)盤(pán)管的水溫相應(yīng)提高，除濕能力相應(yīng)下降，室內(nèi)含濕量有所增加。

　　3）風(fēng)機(jī)盤(pán)管的凝結(jié)水。風(fēng)機(jī)盤(pán)管承擔(dān)室內(nèi)的熱濕負(fù)荷，去濕過(guò)程有冷凝水產(chǎn)生，容易出現(xiàn)細(xì)菌滋生和漏水污染天花板的問(wèn)題。潮濕的盤(pán)管表面往往成為細(xì)菌等致病微生物的滋生地，微生物又隨著空氣的送入污染整個(gè)建筑內(nèi)部環(huán)境。

　　2、干工況風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的確定

　　2.1 確定新風(fēng)加干工況風(fēng)機(jī)盤(pán)管空調(diào)方式的相關(guān)參數(shù)

　　2.1.1 負(fù)荷

　　1） 室內(nèi)顯熱負(fù)荷Qx：室內(nèi)顯熱負(fù)荷包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷，室內(nèi)燈光產(chǎn)生的冷負(fù)荷，室內(nèi)設(shè)備散熱產(chǎn)生的冷負(fù)荷，以及人員顯熱負(fù)荷。

　　2） 室內(nèi)潛熱負(fù)荷Qq及室內(nèi)散濕量W：對(duì)一般民用建筑來(lái)說(shuō)，室內(nèi)潛熱負(fù)荷和濕負(fù)荷主要是由人員產(chǎn)生的潛熱負(fù)荷及散濕量。

　　3） 新風(fēng)負(fù)荷Qw：

　　2） 風(fēng)機(jī)盤(pán)管進(jìn)出水溫度：

　　室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤(pán)管在干工況下運(yùn)行，冷凍水溫度必須高于室內(nèi)露點(diǎn)溫度。當(dāng)室內(nèi)干球溫度25℃，相對(duì)濕度50%，含濕量為9.8g/kg，露點(diǎn)溫度為13.85℃。，考慮一定的安全因素，風(fēng)機(jī)盤(pán)管送水溫度可定為15℃，回水溫度定為18℃。

　　2.1.3 新風(fēng)機(jī)組參數(shù)

　　1）新風(fēng)量Gw：新風(fēng)量對(duì)改善室內(nèi)環(huán)境的空氣品質(zhì)起著重要的作用，但它也是增加建筑能耗的不利因素。房間新風(fēng)量的合理確定應(yīng)滿(mǎn)足：

　　a 滿(mǎn)足人的衛(wèi)生要求；

　　b 補(bǔ)充房間局部排風(fēng)量并維持其正壓要求。

　　對(duì)多數(shù)采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)的民用建筑來(lái)說(shuō)，新風(fēng)量主要是滿(mǎn)足人員的最小新風(fēng)量。各國(guó)根據(jù)建筑中房間的用途，都制定了每人所需新風(fēng)量的標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)的ASHRAE62-1989標(biāo)準(zhǔn)、我國(guó)的《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ19-87）。我國(guó)規(guī)定，影劇院、博物館、體育館、商店為8m³/（h.人）；辦公室、圖書(shū)館、會(huì)議室、餐廳、舞廳、醫(yī)院門(mén)診部和病房17 m³/（h／人）；旅館客房30 m3/（h／人）「2」。

　　2） 新風(fēng)送風(fēng)含濕量do：

　　其中，do：送風(fēng)含濕量，g/kg；

　　dN：室內(nèi)空氣含濕量，g/kg；

　　W：室內(nèi)濕負(fù)荷，g/s；

　　G：送風(fēng)量，m³/h.

　　3）新風(fēng)送風(fēng)溫度

　　新風(fēng)送風(fēng)溫度對(duì)風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)中諸多因素皆有影響，

　　a 送風(fēng)溫度決定了新風(fēng)可承擔(dān)室內(nèi)顯熱負(fù)荷，新風(fēng)溫度越低，承擔(dān)的顯負(fù)荷越多，可相應(yīng)減少風(fēng)機(jī)盤(pán)管的承擔(dān)量，節(jié)約風(fēng)機(jī)盤(pán)管面積；

　　b 送風(fēng)溫度越低，對(duì)風(fēng)管的保溫要求越高，保溫的一次投入會(huì)增加；

　　c 送風(fēng)溫度過(guò)低時(shí)，還可能出現(xiàn)由于低溫空氣易于下沉，使人有吹風(fēng)不適感；送風(fēng)裝置表面溫度低，稍不注意可能發(fā)生凝露現(xiàn)象。所以如果送風(fēng)溫度很低時(shí)，新風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)該采用誘導(dǎo)比較大的誘導(dǎo)風(fēng)口，高的混合比使得冷空氣在0.3~0.4m處被加熱到室內(nèi)溫度，因此避免了吹冷風(fēng)的不適感。

　　2.2 新風(fēng)機(jī)組的設(shè)計(jì)與研制

　　采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管干工況下運(yùn)行的新風(fēng)機(jī)組與一般的空氣處理設(shè)備相比，處理風(fēng)量相對(duì)較小，但單位風(fēng)量所承擔(dān)的熱濕負(fù)荷相對(duì)較大。因此，需確定新風(fēng)機(jī)組的設(shè)備配比形式。有必要研制一種新風(fēng)機(jī)組，而且在確定這種新型的新風(fēng)機(jī)組中的各種參數(shù)時(shí)，應(yīng)具體考慮到對(duì)現(xiàn)有建筑的原有系統(tǒng)改造，從而帶來(lái)更多的現(xiàn)實(shí)意義。

　　2.2.1 表冷器的熱工計(jì)算

　　新風(fēng)機(jī)組處理的新風(fēng)焓差較大，溫度也較低（見(jiàn)圖1），新風(fēng)機(jī)組宜采用直接蒸發(fā)表冷器的空調(diào)機(jī)組處理新風(fēng)。直接蒸發(fā)式表冷器即把制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器放在空調(diào)箱中直接冷卻空氣。進(jìn)行直接蒸發(fā)式表冷器的熱工計(jì)算也應(yīng)用到濕球溫度效率Es和通用熱交換效率E'.

　　直接蒸發(fā)式表冷器的濕球溫度效率定義為：

　　其中：t0是制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度，oC

　　ts1，ts2是處理前、后空氣的濕球溫度，oC

　　通用熱交換效率為：

　　其中：t1，t2是處理前、后空氣的干球溫度，oC

　　t3是空氣處理的理想終溫，oC

　　Es的大小與蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)形式、迎面風(fēng)速以及制冷劑性質(zhì)有關(guān)，可由實(shí)驗(yàn)求得。有了生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)參數(shù)及Es ， E，就可以進(jìn)行直接蒸發(fā)式表冷器的熱工計(jì)算。由于蒸發(fā)器是制冷系統(tǒng)中的一個(gè)部件，所以它能提供的冷量大小一定要和制冷系統(tǒng)的產(chǎn)冷量平衡，即被處理空氣從直接蒸發(fā)式表冷器得到的冷量應(yīng)與制冷系統(tǒng)提供的冷量相等。應(yīng)根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)熱平衡的概念對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)行校核計(jì)算，定出合理的蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、冷卻水溫、冷卻水量等「1」。

　　2.2.2 表冷器的阻力計(jì)算

　　1）空氣阻力 表冷器作為空氣處理設(shè)備中的一個(gè)重要部件，對(duì)流經(jīng)其表面的空氣會(huì)產(chǎn)生一定阻力，這一阻力與換熱器型式、構(gòu)造、以及空氣流速有關(guān)，對(duì)于一定結(jié)構(gòu)特性的表冷器阻力可由實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算求出。但是由于表冷器有干、濕工況之分，而且濕工況的空氣阻力△Hs比干工況的△Hg大，并與析濕系數(shù)有關(guān)，所以應(yīng)區(qū)分干工況與濕工況的空氣阻力計(jì)算公式「1」。新風(fēng)機(jī)組中的表冷器為濕工況，△Hs=Bvy

　　2）水阻力 表冷器對(duì)冷熱媒介質(zhì)在管內(nèi)的流動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生阻力，△h=Cwq.對(duì)于直接蒸發(fā)式表冷器，它與制冷機(jī)是一個(gè)整體，它對(duì)與制冷機(jī)來(lái)說(shuō)就是制冷機(jī)的蒸發(fā)器。

　　B，C，q，y為實(shí)驗(yàn)的系數(shù)和指數(shù)。

　　2.2.3 過(guò)濾段

　　對(duì)于大多數(shù)工業(yè)與民用建筑空調(diào)都以溫濕度要求為主，對(duì)室內(nèi)空氣污染物濃度沒(méi)有具體要求，通常設(shè)置一道粗效過(guò)濾器，對(duì)送入的空氣只進(jìn)行一般的凈化處理。SARS疫情以后，人們更關(guān)心室內(nèi)空氣品質(zhì)，對(duì)于多數(shù)設(shè)有空調(diào)系統(tǒng)的民用建筑在防止微生物的污染的問(wèn)題上需要進(jìn)一步研究并找到合理的解決辦法。

　　3、運(yùn)行能耗分析與傳統(tǒng)的全空氣系統(tǒng)空調(diào)及新風(fēng)加風(fēng)機(jī)盤(pán)管（濕工況）的方式運(yùn)行能耗比較如下：

　　1）干工況風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)保持干工況運(yùn)行，則送入風(fēng)機(jī)盤(pán)管的冷凍水溫度需提高到處理空氣的露點(diǎn)溫度。相對(duì)于濕工況的運(yùn)行狀態(tài)，冷凍水水溫提高，則冷水機(jī)組的COP值亦可相應(yīng)提高，相同的冷量的能耗可相應(yīng)的降低，甚至有可能采用其他自然冷源（如井水、自來(lái)水、冷卻塔供水、空氣源熱泵等）或更節(jié)能的制冷方式以挖掘更多節(jié)能潛力。

　　2）全空氣系統(tǒng)由于在過(guò)渡季節(jié)采用全新風(fēng)或大部分新風(fēng)方式運(yùn)行，來(lái)達(dá)到室內(nèi)降溫的目的，而不需要啟動(dòng)人工冷源，有顯著的節(jié)能效果，并能顯著提高室內(nèi)空氣品質(zhì)。而新風(fēng)系統(tǒng)由于可送入的新風(fēng)量有限，可利用的自然能源亦有限，加長(zhǎng)了一年中人工冷源的運(yùn)行時(shí)間，增加運(yùn)行費(fèi)用。為降低新風(fēng)機(jī)組加風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)的能耗，應(yīng)充分考慮自然冷源的使用。

　　3）新風(fēng)機(jī)組處理的新風(fēng)焓差較大，溫度也較低。在采用冷水機(jī)組作冷源時(shí)，如為了給新風(fēng)機(jī)組提供溫度較低的冷水而降低制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度，會(huì)造成冷水機(jī)組的制冷效率下降，運(yùn)行能耗增加。若在通常的冷水溫度下運(yùn)行，就需增加盤(pán)管的排數(shù)來(lái)增大換熱面積，盤(pán)管排數(shù)的增加和迎風(fēng)面風(fēng)速的減小，使得表冷器的換熱效率降低，新風(fēng)機(jī)組的體積增大，金屬耗費(fèi)增加。因此，新風(fēng)機(jī)組采用直接蒸發(fā)表冷器的空調(diào)機(jī)組處理新風(fēng)，得到了低的送風(fēng)溫度而且減少了機(jī)房的面積。

　　4）其他減少能耗的途徑：

　　有組織排風(fēng)時(shí)采用適當(dāng)?shù)臒峄厥昭b置回收排風(fēng)能量。

　　采用建筑能耗程序?qū)�建筑空調(diào)能耗進(jìn)行模擬計(jì)算，計(jì)算比較建筑內(nèi)區(qū)、外區(qū)的負(fù)荷差異。建立空調(diào)系統(tǒng)費(fèi)用的合理數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)：送風(fēng)溫度、濕度、風(fēng)機(jī)盤(pán)管送水溫度等。

　　4、經(jīng)濟(jì)分析

　　1）新風(fēng)系統(tǒng)承擔(dān)室內(nèi)全部的濕負(fù)荷和部分顯熱負(fù)荷，新風(fēng)機(jī)組的處理焓差大，新風(fēng)機(jī)組采用低溫送風(fēng)機(jī)組送出的新風(fēng)溫度較低，風(fēng)機(jī)盤(pán)管只承擔(dān)部分顯熱負(fù)荷，這樣風(fēng)機(jī)盤(pán)管可以保持干工況，可省去凝結(jié)水管路，減少了工程的設(shè)備投資和安裝造價(jià)，避免有凝結(jié)水產(chǎn)生，防止發(fā)生凝結(jié)水滴漏對(duì)建筑及裝修造成破壞的問(wèn)題，并防止細(xì)菌滋生。室內(nèi)濕負(fù)荷和顯熱負(fù)荷分開(kāi)處理，亦可避免顯熱負(fù)荷變化引起室內(nèi)空氣含濕量的不穩(wěn)定。

　　2）新風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)溫度較低，空調(diào)機(jī)組規(guī)格縮小，機(jī)房面積相應(yīng)縮小，節(jié)省了建筑空間。風(fēng)道變小，吊頂凈空、風(fēng)道占吊頂空間變小。

　　3）新風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)量小，噪音低于常規(guī)空調(diào)機(jī)組。

　　5、結(jié)論

　　采用新風(fēng)加風(fēng)機(jī)盤(pán)管干工況運(yùn)行方式的系統(tǒng)，不僅可以解決濕工況下滋生細(xì)菌、污染新風(fēng)所造成的建筑空氣品質(zhì)不佳的問(wèn)題，并且在運(yùn)行能耗和經(jīng)濟(jì)性方面也有一定的貢獻(xiàn)。

　　1）相對(duì)于濕工況的運(yùn)行狀態(tài)，冷凍水水溫提高，則冷水機(jī)組的COP值亦可相應(yīng)提高，相同的冷量的能耗可相應(yīng)的降低，甚至有可能采用其他自然冷源（如井水、自來(lái)水、冷卻塔供水、空氣源熱泵等）或更節(jié)能的制冷方式以挖掘更多節(jié)能潛力。

　　2）為了獲得溫度較低的新風(fēng)又避免冷水機(jī)組的制冷效率下降，新風(fēng)機(jī)組宜采用直接蒸發(fā)表冷器的空調(diào)機(jī)組處理新風(fēng)。

　　3）風(fēng)機(jī)盤(pán)管在干工況下運(yùn)行，室內(nèi)無(wú)凝水，沒(méi)有細(xì)菌滋生的潮濕環(huán)境，改善了空調(diào)房間的空氣品質(zhì)。

　　4）新風(fēng)機(jī)組的過(guò)濾段引進(jìn)了一種新型的空調(diào)過(guò)濾器，使對(duì)引進(jìn)的室外空氣有很好的滅菌作用，并采用紫外燈殺菌，從風(fēng)系統(tǒng)這個(gè)通道也切斷了微生物對(duì)室內(nèi)空氣的污染。

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